【正文】 （ 1） 脈沖 、 數(shù)字比較伺服系統(tǒng) （ 2） 相位比較伺服系統(tǒng) （ 3） 幅值比較伺服系統(tǒng) （ 4） 全數(shù)字伺服系統(tǒng) 伺服電動(dòng)機(jī) 伺服電動(dòng)機(jī) 為數(shù)控伺服系統(tǒng)的重要組成部分 ， 是速 度和軌跡控制的執(zhí)行元件 。 動(dòng) 態(tài)響 應(yīng)好 、 轉(zhuǎn)速高和容量大 。 優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速性能好 。 缺點(diǎn)：液壓系統(tǒng)需要供油系統(tǒng) ， 體積大 。 ? 由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難。 ? 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代 CNC機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。 位置控制調(diào)節(jié)器 速度控制 調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng) 檢測與反饋單元 位置控制單元 速度控制單元 + + 電機(jī) 機(jī)械執(zhí)行部件 CNC插補(bǔ) 指令 實(shí)際位置反饋 實(shí)際速度反饋 伺服系統(tǒng)的分類 ? 半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。 ? 一般以功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件。 （ 3） 反應(yīng)速度快 ， 電機(jī)必須具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 、 較大的 轉(zhuǎn)矩 、 盡可能小的機(jī)電時(shí)間常數(shù)和很大的加速度 (400rad / s2以上 )。 0～ 24m / min。 2． 穩(wěn)定性好 穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下 ， 能在 短暫的調(diào)節(jié)過程后 ， 達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài) 。電力電子驅(qū)動(dòng)裝置由 驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路 和 功率 放大器 組成。如果說 C裝置是數(shù)控系統(tǒng)的 “大腦” ，是發(fā)布“命令”的“指揮所”，那么進(jìn)給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的 “四肢” ，是一種“執(zhí)行機(jī)構(gòu)”。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置 (計(jì)算機(jī) )和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。它接受來自數(shù)控裝置的進(jìn)給指令信號(hào)，經(jīng)變換、調(diào)節(jié)和放大后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行件，轉(zhuǎn)化為直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 概 述 進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)主要的子系統(tǒng)。 伺服系統(tǒng)的組成 位置調(diào)解 速度調(diào)解 電流調(diào)解 轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng) 工作臺(tái) 電流反饋 速度反饋 位置反饋 M G 位置、速度和電流環(huán)均由： 調(diào)節(jié)控制模塊 、 檢測 和 反饋 部分組成。包括定位精度和輪廓加工精度。 4． 調(diào)速范圍寬 調(diào)速范圍是指生產(chǎn)機(jī)械要求電機(jī)能提供的最高轉(zhuǎn)速 和最低轉(zhuǎn)速之比 。 對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求 對(duì)伺服電機(jī)的要求： （ 1） 調(diào)運(yùn)范圍寬且有良好的穩(wěn)定性 ， 低速時(shí)的速度平穩(wěn)性 （ 2） 電機(jī)應(yīng)具有大的 、 較長時(shí)間的過載能力 ， 以滿足低速 大轉(zhuǎn)矩的要求 。 電機(jī) 機(jī)械執(zhí)行部件 A相、 B相 C相 、 … f、 n CNC 插補(bǔ)指令 脈沖頻率 f 脈沖個(gè)數(shù) n 換算 脈沖環(huán)形分配變換 功率放大 伺服系統(tǒng)的分類 ? 無位置反饋，精度相對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和精度。 伺服系統(tǒng)的分類 ? 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) ? 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖所示，是從驅(qū)動(dòng)裝置 (常用伺服電機(jī) )或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測，不是直接檢測運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置。但可對(duì)這類誤差進(jìn)行補(bǔ)償，因而仍可獲得滿意的精度。具有很高的位置控制精度。 優(yōu)點(diǎn)：在低速下可以得到很高的輸出力矩 ， 剛性好 ， 時(shí)間常 數(shù)小 、 反應(yīng)快和速度平穩(wěn) 。 1） 直流伺服系統(tǒng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用大慣量寬調(diào)速永磁直流伺 服電機(jī)和中小慣量直流伺服電機(jī)；主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用他激直流伺 服電機(jī) 。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單 、 不需維護(hù) 、 適合于在惡劣環(huán)境下工作 。 C 軸控制功能 。 電樞回路的電壓平衡方程式為 : （ ） Ua─ 電樞上的外加電壓； Ra─ 電樞電阻； Ea─ 電樞反電勢 。 3) 數(shù)據(jù)表： N、 T、 時(shí)間常數(shù)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等等。 ② 液體冷卻電機(jī) ③ 內(nèi)裝式主軸電機(jī) 速度控制 概述： 速度控制系統(tǒng)由速度控制單元、伺服電機(jī)和速度檢測裝置 組成。在整個(gè)速度范圍內(nèi)，保持恒轉(zhuǎn)矩。 直流進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度控制 1.、 直流伺服電機(jī)的調(diào)速原理 根據(jù)機(jī)械特性公式可知調(diào)速有二種方法 :電樞電壓 Ua和 氣隙磁通 Φ ⑴ 改變電樞外加電壓 Ua :由于繞組絕緣耐壓的限制，調(diào)壓只能在額定 轉(zhuǎn)速以下進(jìn)行。 ◆ 晶閘管（可控硅） 調(diào)速系統(tǒng) ◆ 晶體管脈寬調(diào)制（ PWM） 調(diào)速系統(tǒng) ?????? ??????? 0M2Teaea TKKRKUnnTCC RCUn 0M2Teaea ??? ???????（ ） （ ） (1) 晶閘管調(diào)速系統(tǒng) 1）系統(tǒng)的組成 包括 控制回路 ：速度環(huán)、電流環(huán)、觸發(fā)脈沖發(fā)生器等。作用：加快響應(yīng)、啟動(dòng)、低頻穩(wěn)定等。 原理 ： 三相整流器，由二個(gè)半波整流電路組成。每 組內(nèi)（即二相間）觸發(fā)脈沖相位相差 120186。既每個(gè)觸發(fā)脈沖在導(dǎo)通 60186。 120176。 60176。 沒反饋是開環(huán)，特性軟。 （ 2） 晶體管脈寬調(diào)制（ PWM）調(diào)速系統(tǒng) 1）系統(tǒng)的組成及特點(diǎn) usr us f 整流 ? 速度調(diào)節(jié)器 ? 電流調(diào)節(jié)器 脈寬調(diào)節(jié) 振蕩器 基極驅(qū)動(dòng) M G 電流反饋 U～ 功放 ① 主回路： 大功率晶體管開關(guān)放大器； 功率整流器。 直流脈寬調(diào)調(diào)制的基本原理 周期不變 周期不變 脈寬 脈寬 脈寬 脈寬 平均直流電壓 U ωt 功率放大器中的大功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)下，開關(guān)頻率保持恒定，用調(diào)整開關(guān)周期內(nèi)晶體管導(dǎo)通時(shí)間（即改變基極調(diào)制脈沖寬度）的方法來改變輸出。 H型： 又分為 雙極式、單極 式和受限單極 式三種。快速性好 。 ④動(dòng)態(tài)硬度好 : 校 正瞬態(tài)負(fù)載擾動(dòng)能力強(qiáng)，頻帶寬，動(dòng)態(tài)硬度高。電流型是切換一串方波，方波電流供電，用于大功率。調(diào)制方法很多，目前用得最多的是正弦脈寬調(diào)制。 UI –逆變器 由六個(gè)功率開關(guān)器件組成，常采用大功率晶體管。 正弦的正負(fù)半周均如此 處理。 去主回路 三極管基極 u/f 分頻 u/f 分頻 基準(zhǔn)正弦波 產(chǎn)生 三角波 發(fā)生器 比較器 SPWM 比較 疊加 ui 壓 /頻變換、 分頻器 正弦邏輯 三角波邏輯 指令 比較器 比較器 脈沖 分配 SPWM變壓變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)： ，簡化了結(jié)構(gòu)； 。 磁通過強(qiáng) — 使鐵心飽和，產(chǎn)生過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)因繞組過熱燒毀電機(jī)。因此，控制簡單，性能為線性。如果用圖 644b中的兩套空間相差 900的繞組 α和 β來代替，并通以兩相在時(shí)間上相差 900的交流電流，使其也產(chǎn)生角速度為 ω0的旋轉(zhuǎn)磁場 Φ,則可以認(rèn)為圖 644a和圖 644b中的兩套繞組是等效的。三相繞組的作用，完全可以用在空間上互相垂直的兩個(gè)靜止的 α、 β繞組代替，并通以兩相在時(shí)間上相差 900的交流平衡電流 iα 和 iβ ，使其產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的幅值和角速度也分別 Φ和 ω0，則可以認(rèn)為圖 644a、 b中的兩套繞組是等效的。 CBCBCBACBAFFFFFFFFFFFF232360s i n60s i n212160c o s60c o s????????????????按照磁勢與電流成正比關(guān)系，可求得對(duì)應(yīng)的電流值iα 和 iβ CBCBAiiiiiii23232121??????? 除磁勢的變換外，變換中用到的其它物理量，只要是三相平衡量與二相平衡量，則轉(zhuǎn)換方式相同。這樣就可看成是直流電機(jī)了。 id 和 iq 在空間以角速度 ω0